KR20060124967A - 전자 방출 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 방출 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20060124967A
KR20060124967A KR1020050046684A KR20050046684A KR20060124967A KR 20060124967 A KR20060124967 A KR 20060124967A KR 1020050046684 A KR1020050046684 A KR 1020050046684A KR 20050046684 A KR20050046684 A KR 20050046684A KR 20060124967 A KR20060124967 A KR 20060124967A
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유미애
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    • H01J2201/304—Field emission cathodes
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Abstract

본 발명의 목적은 전자 방출원에서 방출되는 전자들을 집속하여 이상 발광이나 전자 방출 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있는 새로운 구조의 전자 방출 소자를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 전자 방출 소자를 간편한 공정으로 제작할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 애노드 전극, 형광체층 및 보호층을 구비하는 제1 기판; 상기 제1 기판과 소정의 거리에 배치된 제2 기판; 상기 제2 기판의 일면에 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극으로부터 상기 제1 기판 방향에 설치되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태로 형성된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 케이트 전극 사이에 배치되어 두 전극들을 전기적으로 차단하는 절연층; 및 상기 캐소오드 전극 상에 설치된 전자 방출원을 포함하고, 상기 캐소오드 전극은 투명 전극부와 집속 전극부를 구비하며, 상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 하측에 설치되고, 상기 집속 전극부는 상기 전자 방출원보다 높이가 높게 형성된 전자 방출 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

전자 방출 소자 및 그 제조 방법{Electron emitting device, and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3 내지 도 8은 도 2에 도시된 전자 방출 소자의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5, 201: 제1 패널 6, 202: 제2 패널
10, 210: 제 2 기판 20: 캐소오드 전극
30, 240: 절연층 31, 231: 전자 방출원 홀
40, 250: 게이트 전극 50: 전자 방출원 금속 팁
60, 192: 스페이서 70, 170: 형광체
80, 180: 애노드 전극 90, 190: 제1 기판
220: 투명 전극부 225: 불투명 전극부
230: 집속 전극부 232: 저항층
260a: 카본 페이스트 260c: 전자 방출원
270: 마스크 패턴 290: 발광 공간
본 발명은 전자 방출 소자(Electron Emission Device) 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자의 방출량이 많고 구동 전압이 낮은 전자 방출 소자 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자 방출 소자는 전자 방출원으로 열음극을 이용하는 방식과 냉음극을 이용하는 방식이 있다. 냉음극을 이용하는 방식의 전자 방출 소자로는, FEA(Field Emitter Array)형, SCE(Surface Conduction Emitter)형, MIM(Metal Insulator Metal)형 및 MIS (Metal Insulator Semiconductor)형, BSE(Ballistic electron Surface Emitting)형 등이 알려져 있다.
상기 FEA형은 일함수(Work Function)가 낮거나 베타 함수(?? Function)가 높은 물질을 전자 방출원으로 사용할 경우 진공 중에서 전계 차이에 의하여 쉽게 전자가 방출되는 원리를 이용한 것으로 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 주된 재질로 하는 선단이 뾰족한 팁(tip)구조물이나 그래파이트(graphite), DLC(Diamond Like Carbon) 등의 탄소계 물질 그리고 최근 나노 튜브(Nano Tube)나 나노와이어(Nano Wire)등의 전자 방출원 홀(31)에 상기 캐소드 전극과 통전나노 물질을 전자 방출원으로 적용한 소자가 개발되고 있다.
상기 SCE형은 제1 기판 위에 서로 마주보며 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이에 도전 박막을 제공하고 상기 도전 박막에 미세 균열을 제공함으로써 전자 방출원을 형성한 소자이다. 상기 소자는 상기 전극들에 전압을 인가하여 상기 도전 박막 표면으로 전류를 흘려 미세 균열인 전자 방출원으로부터 전자가 방출되는 원리를 이용한다.
상기 MIM형과 MIS형 전자 방출 소자는 각각 금속-유전층-금속(MIM)과 금속-유전층-반도체(MIS) 구조로 이루어진 전자 방출 원을 형성하고, 유전층을 사이에 두고 위치하는 두 금속 또는 금속과 반도체 사이에 전압을 인가할 때 높은 전자 전위를 갖는 금속 또는 반도체로부터, 낮은 전자 전위를 갖는 금속 방향으로 전자가 이동 및 가속되면서 방출되는 원리를 이용한 소자이다.
상기 BSE형은 반도체의 사이즈를 반도체 중의 전자의 평균 자유 행정 보다 작은 치수 영역까지 축소하면 전자가 산란하지 않고 주행하는 원리를 이용하여, 오믹(Ohmic) 전극 상에 금속 또는 반도체로 이루어지는 전자 공급층을 형성하고, 전자 공급층 위에 절연층과 금속 박막을 형성하여 오믹 전극과 금속 박막에 전원을 인가하는 것에 의하여 전자가 방출되도록 한 소자이다.
본 발명은 이중 FEA형의 전자 방출 소자와 관련된다.
초기의 전자 방출 소자에서는 주로 텅스텐, 실리콘 또는 몰리브덴 등을 주 재질로 하여, 전계를 집중시키기 위해 예리한 선단을 갖는 이른바 스핀트(Spindt)타입의 금속 팁 형상의 전자 방출원을 사용하였는데, 이러한 초기의 전계 방출 표시소자가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 종래의 전자 방출 표시소자(100)는 상판(5)과 하판(6)을 구비하며, 상기 상판(5)은 상면기판(90), 상기 상면기판(90)의 하면에 형성된 애노드 전극(80), 상기 애노드 전극(80)상에 도포된 형광체층(70)을 구비한다.
상기 하판(6)은 상기 상면기판과 대향하여 평행하게 배치된 하면기판(10), 상기 하면기판(10)상에 스트라이프 형태로 형성된 캐소드 전극(20), 상기 캐소드 전극(20)상에 형성된 복수의 전자 방출원 홀(31)을 갖는 절연체층(30), 상기 절연체층(30)상에 상기 전자 방출원 홀(31)을 제외한 부분에 상기 캐소드 전극(20)과 교차하도록 스트라이프 형태로 형성된 게이트 전극(40), 상기되도록 형성된 금속 팁 형상의 전자 방출원(50)을 구비한다.
상기 상판(5)과 하판(6)사이에는 대기압보다 낮은 진공상태가 유지되며, 상기 상판(5)과 하판(6)사이의 진공상태에 의해 발생되는 압력을 지지하고, 발광공간을 확보하기 위해 상기 상판과 하판을 지지하는 스페이서(60)가 배치된다.
도 1 에 도시된 초기의 금속 팁 형상의 전자 방출원(50)을 제조하기 위해서는 전자 방출원이 배치되는 극 미세한 홀이 형성되어야 하며, 상기 홀에 몰리브덴을 증착하여 화면 전 영역에서 균일한 금속 마이크로 팁을 형성시켜야만 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 고난도의 기술을 필요로 할 뿐만 아니라, 고가의 장비를 사용하여야 함에 따라 제품제조단가가 상승하는 문제점이 있어 대화면화 하는데 제 약이 있는 것으로 지적되었다. 이에 따라 전자 방출 소자에 대하여 저전압의 구동 조건에서도 양질의 전자 방출을 얻을 수 있고, 제조공정도 간략히 하기 위한, 상기 전자 방출원(50)을 필름형태의 전자 방출원으로 형성하는 기술을 연구 개발하였다.
상기 필름 형태의 전자 방출원으로는 탄소계 물질, 대표적으로는 그래파이트. 다이아몬드, 다이아몬드상 카본 및 카본 나노 튜브 등이 적합한 것으로 알려져 있으며, 이 가운데 특히 카본 나노 튜브는 끝단의 곡률 반경이 극히 미세하여 10V 내지50V 정도의 외부전압에서도 전자방출이 원활하게 일어나는 것으로 알려져 있고, 화학적으로 안정하며, 기계적으로도 강한 특성을 갖고 있기 때문에, 전자 방출원으로서 가장 이상적인 물질로 기대되고 있다.
한편, 게이트 전극과 캐소오드 전극 사이에 형성되는 전계에 의해 전자 방출원에서 방출되는 전자는 초기에 게이트 전극을 향해 진행하다가 애노드 전극의 강한 (+) 전위에 이끌려 애노드 전극을 향하여 움직이게 된다. 그런데, 탄소계 물질로 전자 방출원을 형성하는 경우에는 전자의 방출 방향이 애노드 방향으로 집속 되지 못하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전자 방출원의 표면 처리를 하여 탄소계 물질의 단부가 전방을 향하도록 엑티베이션(activation) 공정을 도입하고 있으나, 이것만으로는 한계가 있다. 이에 이러한 전자의 집속을 위한 새로운 구조의 전자 방출 소자를 개발할 필요성이 크게 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전자 방출원에서 방출되는 전자들을 집속하여 이상 발광이나 전자 방출 효율이 감 소되는 것을 방지할 수 있는 새로운 구조의 전자 방출 소자를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 전자 방출 소자를 간편한 공정으로 제작할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 애노드 전극, 형광체층 및 보호층을 구비하는 제1 기판; 상기 제1 기판과 소정의 거리에 배치된 제2 기판; 상기 제2 기판의 일면에 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 배치된 캐소오드 전극; 상기 캐소오드 전극으로부터 상기 제1 기판 방향에 설치되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태로 형성된 게이트 전극; 상기 캐소오드 전극과 상기 케이트 전극 사이에 배치되어 두 전극들을 전기적으로 차단하는 절연층; 및 상기 캐소오드 전극 상에 설치된 전자 방출원을 포함하고, 상기 캐소오드 전극은 투명 전극부와 집속 전극부를 구비하며, 상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 하측에 설치되고, 상기 집속 전극부는 상기 전자 방출원보다 높이가 높게 형성된 전자 방출 소자를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 캐소오드 전극은 불투명 전극부를 더 구비하고, 상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭에 대응하는 폭을 가지는 스트라이프 형태로 형성되며, 상기 불투명 전극부는 상기 투명 전극부에 접한 스트라이프 형태로 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 게이트 전극 및 상기 절연층은 상기 집속 전극부의 상측에 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원과 상기 집속 전극부의 사이에는 저항층이 더 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 투명 전극부는 ITO로 만들어진 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 기판, 캐소오드 전극, 절연층 및 게이트 전극을 형성하는 소재를 순차적으로 형성하는 단계(a); 상기 게이트 전극 소재의 상면에 소정의 두께로 포토 레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계(b); 상기 마스크 패턴을 이용하여 게이트 전극, 절연층 및 캐소오드 전극을 부분 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c); 카본 물질과 네가티브(negative) 감광성 물질을 혼합한 카본 페이스트를 상기 전자 방출원 홀에 도포하는 단계(d); 상기 카본 페이스트 중 전자 방출원을 형성할 부분만 선택적으로 노광하여 경화시키는 단계(e); 및 경화되지 않고 남아 있는 카본 페이스트와 포토레지스트를 제거하는 단계(f)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 단계(a)의 캐소오드 전극은 투명 전극부, 불투명 전극부 및 집속 전극부를 포함하고, 상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭에 대응하는 폭을 가지도록 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원의 높이는, 상기 집속 전극부의 높이보다 낮게 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(a)는, 자외선 또는 이-빔이 투과할 수 있는 소재로 만들어진 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 투명 전극부를 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 적층하는 단계; 상기 투명 전극부와 나란한 방향으로 상기 투명 전극부와 접하도록 불투명 전극부를 형성하는 단계; 상기 투명 전극부 상에 집속 전극부를 적층하는 단계; 상기 집속 전극부 상에 절연층을 적층하는 단계; 및 상기 절연층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(e)의 노광 공정은 상기 불투명 전극부를 마스크 패턴으로 하여 투명 전극부 상에 도포된 카본 페이스트만을 선택적으로 경화시키면서 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(a)의 캐소오드 전극은 투명 전극부 및 집속 전극부를 포함하고, 상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭보다 넓게 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 전자 방출원의 높이는, 상기 집속 전극부의 높이보다 낮게 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(a)는, 자외선 또는 이-빔이 투과할 수 있는 소재로 만들어진 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 투명 전극부를 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 적층하는 단계; 상기 투명 전극부 상에 집속 전극부를 적층하는 단계; 상기 집속 전극부 상에 절연층을 적층하는 단계; 및 상기 절연층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(a)의 적층 공정은, 스크린 프린팅 또는 스퍼터링에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(b)의 마스크 패턴의 형성은, 포토레지스트를 도포하고 UV나 이-빔을 이용하여 선택적으로 경화시켜 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(c)의 식각 공정은, 습식 식각, 건식 식각 또는 이온 빔 등을 이용하는 마이크로 머시닝 방식에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단계(d)의 카본 페이스트 도포 공정은, 바인더 등의 유기물질이 함유되어 소정의 점도 이상의 점성을 가지는 카본 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅에 의해 수행될 수도 있다.
또는, 위의 카본 페이스트를 도포하고 선택적으로 경화시키는 방식 대신 CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장 방법에 의해 전자 방출원을 형성하는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 부재 중 종래기술에서 언급한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부재번호를 사용한다.
도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 방출 소자(200)는 나란하게 배치되어 진공인 발광 공간(210)을 형성하는 제1 패널(201) 및 제2 패널(202)과, 상기 제1 패널(201) 및 제2 패널(202) 사이의 간격을 유지하여 주는 스페이서(192)를 구비한다.
상기 제1 패널(201)은 제1 기판(190), 상기 제1 기판(190)의 하면(190a)에 배치된 애노드 전극(180), 상기 애노드 전극의 하면(180a)에 배치된 형광체층(170)을 구비한다.
상기 제2 패널(202)은, 내부 공간을 갖도록 소정의 간격을 두고 상기 제1 기판(190)과 대향하여 평행하게 배치되는 제2 기판(210), 상기 제2 기판(210)상에 스트라이프 형태로 배치된 캐소오드 전극, 상기 캐소오드 전극과 교차하도록 스트라이프 형태로 배치된 게이트 전극(250), 상기 게이트 전극(250)과 상기 캐소오드 전극(230) 사이에 배치된 절연체층(240), 상기 절연체층(240), 상기 게이트 전극(250) 및 상기 캐소오드 전극의 일부에 형성된 전자 방출원 홀(231), 상기 전자 방출원 홀(231)내에 배치되어 상기 캐소오드 전극과 통전되고 상기 캐소오드 전극보다 낮은 높이로 배치되는 전자 방출원(260c)을 구비한다.
상기 캐소오드 전극은 투명 전극부(220) 및 집속 전극부(230)를 구비한다. 상기 투명 전극부(220)는 상기 전자 방출원(260c)과 연결되고 상기 전자 방출원(260c)보다 폭이 넓게 형성된다. 상기 집속 전극부(230)는 상기 전자 방출원(260c)보다 높이가 높게 형성된다. 상기 투명 전극부(220) 및 상기 집속 전극부(230)는 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전위가 인가된다.
상기 제1 패널(201)과 제2 패널(202) 사이의 공간은 대기압보다 낮은 압력의 진공으로 유지되며, 진공에 의해 발생하는 상기 제1 패널(201)과 제2 패널(202) 간의 압력을 지지하고, 발광 공간(210)을 구획하도록 스페이서(192)가 상기 제1 패널(201)과 제2 패널(202) 사이에 배치된다.
상기 애노드 전극(180)은 상기 전자 방출원(260c)에서 방출된 전자의 가속에 필요한 고전압을 인가하여 전자가 상기 형광체층(170)에 고속으로 충돌할 수 있도록 한다. 상기 형광체층(170)은 전자에 의해 여기 되어 고에너지 레벨에서 저에너지 레벨로 떨어지면서 가시광을 방출한다. 칼라 전계 방출 표시소자의 경우에는 단위화소를 이루는 복수의 상기 발광공간(210) 각각에 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체층이 상기 애노드 전극(180)의 하면(180a) 배치된다.
상기 게이트 전극(250)은 상기 전자 방출원(260c)에서 전자가 용이하게 방출될 수 있도록 하는 기능을 담당하며, 상기 절연체층(240)은 상기 전자 방출원 홀(231)을 구획하고, 상기 전자 방출원(260c)과 상기 게이트 전극(250)을 절연하는 기능을 담당한다.
이하에서는 이상의 구조를 가지는 전자 방출 소자를 구성하는 각 구성요소들의 재료에 대해 설명한다.
상기 제2 기판(210)은 소정의 두께를 가지는 판상의 부재로, 석영 유리, 소량의 Na과 같은 불순물을 함유한 유리, 판 유리, SiO2가 코팅된 유리 기판, 산화 알루미늄 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다.
상기 캐소오드 전극의 투명 전극부(220)는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 물질로 만들어지고, 집속 전극부(230)는 통상의 전기 도전 물질로 만들어질 수 있고, 예를 들어 Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, 유리 및 Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물로 구성된 인쇄된 도전체, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.
상기 게이트 전극(250)은 통상의 전기 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, 유리 및 Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물로 구성된 인쇄된 도전체, In2O3 또는 SnO2 등의 투명 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.
전계 형성에 의해 전자를 방출하는 상기 전자 방출원(260c)은 카본 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT), 그래파이트, 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본 등의 탄소계 물질로 이루어지며, 특히 본 실시예에서는 카본 나노 튜브를 주성분으로 하여 상기 전자 방출원(260c)이 제작된다. 상기 카본 나노 튜브는 전자 전도성이 탁월하고, 전도성 및 전계 집중 효과가 우수하며, 일함수가 낮고 전자 방출 특성이 우수하여 저전압 구동이 용이하다. 이에 따라 이를 전자 방출원으로 사용하는 디스플레이 장치의 대면적화에 유리하다.
이하에서는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 이하에서 설명되는 제조 방법은 일 실시예일뿐이고 반드시 아래의 방법으로 제조되어야 하는 것은 아니다.
도 3 내지 도 8에는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 전자 방출 소자의 제조방법을 순차적으로 보여하는 도면이 도시되어 있다. 특히, 종래 기술과 구별되는 제2 패널(202)을 제조하는 방법을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
먼저, 도 3에 도시된 것과 같이 제2 기판(210), 캐소오드 전극의 투명 전극부(220)와 집속 전극부(230), 절연층(240) 및 게이트 전극(250)을 형성하는 소재를 순서대로 소정 두께로 적층한다. 적층은 스크린 프린팅과 같은 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.
그 다음, 도 4에 도시된 것과 같이 상기 게이트 전극(250)의 상면에 소정의 두께로 마스크 패턴(mask pattern)(270)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(270)의 형성은 전자 방출원 홀을 형성하기 위한 것으로 포토레지스트(Photo Resist: PR)를 도포하고 UV나 이-빔(E-beam)을 이용하여 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행된다.
그 다음, 도 5에 도시된 것과 같이 상기 마스크 패턴(270)을 이용하여 게이트 전극(250), 절연층(240) 및 캐소오드 전극의 집속 전극부(230)를 식각하여 전자 방출원 홀을 형성한다. 식각 공정은 게이트 전극(250), 절연층(240) 및 캐소오드 전극의 집속 전극부(230)의 재료, 두께 등에 따라 식각액을 이용하는 습식 식각이나, 부식성 가스를 이용하는 건식 식각 또는 이온 빔(ion beam) 등을 이용하는 마이크로 머시닝 방식에 의해 이루어질 수 있다.
그 다음, 도 6에 도시된 것과 같이 카본 물질과 네가티브(negative) 감광성 물질을 혼합한 카본 페이스트(260a)를 상기 전자 방출원 홀(231)에 상기 캐소오드 전극 집속 전극부(230)의 높이보다 낮은 높이로 도포한다. 도포 공정은 스크린 프린팅에 의해 수행될 수 있다. 상기 카본 페이스트(260a)에는 스크린 프린팅에 적합한 점도를 가지도록 바인더 등의 유기물이 더 함유될 수 있다.
그 다음으로는, 도 7에 도시된 것과 같이 제2 기판의 저면으로부터 백노광을 실시하여 상기 카본 페이스트 중 전자 방출원을 형성할 부분(260c)만 경화시킨다. 상기 네가티브 감광성 물질은 빛을 받으면 경화하는 특성을 가지므로, 포토리소그래피 공정으로 포토레지스트를 도포한 후 빛을 선택적으로 조사하여 카본 페이스트 중 전자 방출원이 될 부분을 형성하는 것이 가능하다.
그 다음은, 도 8에 도시된 것과 같이 노광 이후 현상하여 경화되지 않고 남아 있는 카본 페이스트(260b)와 포토레지스트를 제거하여 전자 방출 소자의 제2 기판을 완성한다.
여기서는 카본 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅 공정 및 선택적인 노광 공정을 통해 전자 방출원을 설명하는 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 이러한 방법 외에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 성장 방법을 이용하여 전자 방출원을 형성할 수도 있다.
지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자는, 전자 방출을 위해 캐소오드 전극에 (-) 전압을 인가하고, 게이트 전극에는 (+) 전압을 인가하며, 애노드 전극에 강한 (+)전압을 인가한다. 이와 같이 전압이 인가되면, 전자 방출원의 카본 물질들로부터 전자가 방출되어 게이트 전극을 향해 진행하다가 애노드 전극을 향해 진행하게 된다. 이때, 전자 방출원보다 높이가 높게 형성된 캐소오드 전극의 영향에 의해 방출된 전자의 진행 방향이 전자 방출원 홀을 기준으로 중앙으로 집속 되는 효과를 얻을 수 있다.
도 9에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 9에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 전자 방출 소자는 제2 기판의 상측에 소정 구간 저항층(232)이 형성되어 있다. 상기 저항층(232)은 상기 캐소오드 전극의 집속 전극부(230)와 상기 전자 방출원(260c) 사이의 구간 중 상기 투명 전극부(220)의 상면에 형성된다. 상기 저항층은 아머퍼스 실리콘(amorphous silicon)으로 형성된다. 상기 아머퍼스 실리콘은 버스 전극 물질로 캐소오드 전극의 저항을 조절하여 전압을 고르게 분배하는 기능을 한다. 상기 저항층이 더 형성됨으로써, 전자 방출원 전 영역에서의 균일한 전자 방출이 가능해지고 전자 방출량이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
도 10에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 10에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 방출 소자는 캐소오드 전극이 투명 전극부(220), 불투명 전극부(225) 및 집속 전극부(230)를 포함한다. 상기 투명 전극부(220)는 전자 방출원(260c)의 바로 아래 부분에 전자 방출원(260c)의 폭에 대응하는 폭으로 배치된다. 상기 불투명 전극부(225)는 상기 투명 전극부(220)의 주위에 설치된다.
상기 불투명 전극부(225)는 통상의 전기 도전 물질 중 UV나 이-빔을 투과하 지 않는 불투명한 소재로 만들어진다. 예를 들면, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Mo, W, Pt, Cu, Pd 등의 금속 또는 그 합금, Pd, Ag, RuO2, Pd-Ag 등의 금속 또는 금속 산화물로 구성된 인쇄된 도전체, 또는 다결정실리콘(polysilicon) 등의 반도체 물질로 만들어 질 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 경우에는, 카본 페이스트를 도포한 후, 전자 방출원(260c)을 형성하기 위해 백노광을 실시할 때에, 별도의 마스크 패턴을 형성하지 않고도 상기 불투명 전극부(225)가 마스크 패턴의 역할을 하여 카본 페이스트에 선택적인 노광을 실시할 수 있게 된다. 즉, 기존에 비해 노광 공정이 간편하게 이루어질 수 있고, 별도로 포토레지스트를 도포하거나 잔존하는 포토레지스트를 제거하는 공정이 불필요하게 되는 효과가 있다.
지금까지 설명한 것과 같은 구성을 가지는 전자 방출 소자는 화상을 구현하는 디스플레이 장치는 물론 LCD(Liquid Crystal Display)와 같이 백라이트 유닛(back light unit)을 필요로 하는 디스플레이 장치의 백라이트로도 사용될 수 있다. 그 자체로서 화상을 구현하는 경우에는 앞서 설명한 것과 같이 상기 게이트 전극과 상기 캐소오드 전극이 서로 교차되는 방향으로 연장된 스트라이프 형상으로 형성되는 것이 신호를 인가하여 화상을 구현하도록 제어하는데 유리하다. 또한, 칼라 디스플레이 장치를 구현하는 경우, 단위화소를 이루는 복수의 발광 공간 각각에 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체가 상기 애노드 전극의 저면에 배치된다.
또는, 본 발명에 따른 전자 방출 소자는 화상을 구현하지 않고 단순히 빛을 내는 광원(또는 램프)으로서도 기능할 수 있는데, 이 경우에는 전극들이 서로 교차되는 방향으로 형성될 필요는 없고, 형광체는 필요로 하는 색상의 가시광선을 방출하는 형광체, 또는 백색광선을 얻기 위해 빛의 삼원색인 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 형광체를 적절한 비율로 배치하도록 한다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따르면, 전자 방출원에서 방출되는 전자들을 집속하여 이상 발광이나 전자 방출 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 불필요한 부분에서의 전자 충돌을 방지하여 색순도, 휘도 등이 향상된 대면적 디스플레이 장치의 제작에 활용할 수 있다. 또한, 이러한 전자 방출 소자를 간편한 공정으로 제작할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 애노드 전극 및 형광체층을 구비하는 제1 기판;
    상기 제1 기판과 소정의 거리에 배치된 제2 기판;
    상기 제2 기판의 일면에 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 배치된 캐소오드 전극;
    상기 캐소오드 전극으로부터 상기 제1 기판 방향에 설치되고, 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태로 형성된 게이트 전극;
    상기 캐소오드 전극과 상기 게이트 전극 사이에 배치되어 두 전극들을 전기적으로 차단하는 절연층; 및
    상기 캐소오드 전극 상에 설치된 전자 방출원을 포함하고,
    상기 캐소오드 전극은 투명 전극부와 집속 전극부를 구비하며,
    상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 하측에 설치되고,
    상기 집속 전극부는 상기 전자 방출원보다 높이가 높게 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극은 불투명 전극부를 더 구비하고,
    상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭에 대응하는 폭을 가지는 스트라이프 형태로 형성되며,
    상기 불투명 전극부는 상기 투명 전극부에 접한 스트라이프 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 전극 및 상기 절연층은 상기 집속 전극부의 상측에 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 방출원과 상기 집속 전극부의 사이에는 저항층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 전극부는 ITO로 만들어진 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자.
  6. 기판, 캐소오드 전극, 절연층 및 게이트 전극을 형성하는 소재를 순차적으로 형성하는 단계(a);
    상기 게이트 전극 소재의 상면에 소정의 두께로 포토 레지스트로 마스크 패턴을 형성하는 단계(b);
    상기 마스크 패턴을 이용하여 게이트 전극, 절연층 및 캐소오드 전극을 부분 식각하여 전자 방출원 홀을 형성하는 단계(c);
    카본 물질과 네가티브(negative) 감광성 물질을 혼합한 카본 페이스트를 상기 전자 방출원 홀에 도포하는 단계(d);
    상기 카본 페이스트 중 전자 방출원을 형성할 부분만 선택적으로 노광하여 경화시키는 단계(e); 및
    경화되지 않고 남아 있는 카본 페이스트와 포토레지스트를 제거하는 단계(f)를 포함하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(a)의 캐소오드 전극은 투명 전극부, 불투명 전극부 및 집속 전극부를 포함하고,
    상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭에 대응하는 폭을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자 방출원의 높이는,
    상기 집속 전극부의 높이보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    자외선 또는 이-빔이 투과할 수 있는 소재로 만들어진 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 투명 전극부를 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 적층하는 단계;
    상기 투명 전극부와 나란한 방향으로 상기 투명 전극부와 접하도록 불투명 전극부를 형성하는 단계;
    상기 투명 전극부 상에 집속 전극부를 적층하는 단계;
    상기 집속 전극부 상에 절연층을 적층하는 단계; 및
    상기 절연층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계(e)의 노광 공정은 상기 불투명 전극부를 마스크 패턴으로 하여 투명 전극부 상에 도포된 카본 페이스트만을 선택적으로 경화시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(a)의 캐소오드 전극은 투명 전극부 및 집속 전극부를 포함하고,
    상기 투명 전극부는 상기 전자 방출원의 폭보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자 방출원의 높이는,
    상기 집속 전극부의 높이보다 낮게 형성된 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 단계(a)는,
    자외선 또는 이-빔이 투과할 수 있는 소재로 만들어진 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 투명 전극부를 일방향으로 연장된 스트라이프 형태로 적층하는 단계;
    상기 투명 전극부 상에 집속 전극부를 적층하는 단계;
    상기 집속 전극부 상에 절연층을 적층하는 단계; 및
    상기 절연층 상에 상기 캐소오드 전극과 교차하는 방향으로 연장된 스트라이프 형태의 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(b)의 마스크 패턴의 형성은,
    포토레지스트를 도포하고 UV나 이-빔을 이용하여 선택적으로 경화시켜 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(c)의 식각 공정은,
    습식 식각, 건식 식각 또는 이온 빔 등을 이용하는 마이크로 머시닝 방식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(d) 내지 상기 단계(f) 대신에 CVD 성장 방법을 이용하여 전자 방출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 방출 소자의 제조 방법.
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